DOI:10.1016/j.cej.2019.122315
近年来,一直在寻求对挥发性有机化合物有效的吸附剂的开发,并且已经发现各种多孔材料是有希望的候选物。但是,大多数多孔吸附剂都有局限性:高温下去除效率降低。在这项研究中,作者通过电纺双层聚甲基丙烯酸甲酯/乙酸锰(核),聚丙烯腈(壳)基纳米纤维(NFs)进行碳键化和CO2活化,以生产嵌入空心活性炭NFs(Mn3O4 / HACNFs)中的Mn3O4纳米颗粒。由于其中空结构,Mn3O4 / HACNFs具有很好的吸附甲苯的能力,与常规活性炭NFs相比,甲苯吸附的穿透时间更长。在280°C下,Mn3O4 / HACNFs可以实现甲苯的催化氧化(转化为CO2 = 99%±0.5)。此外,当在交替温度条件下(260和280°C)测试4 h时,Mn3O4 / HACNFs的催化活性没有降低。
图1.同轴电纺原理图。
图2.后热处理过程示意图。
图3. VOC去除测试的示意图。
图4.电纺纳米纤维的FESEM和TEM图像:内部和外部均使用PAN溶液(a,在热处理之前; b,在热处理之后);外部为PAN溶液,内部为PMMA溶液(c,在热处理之前; d,在热处理之后)。
图5.(a,b)电纺纳米纤维的FESEM和TEM图像:外侧为PAN溶液,内侧为MnAc / PMMA溶液(a,热处理前; b,热处理后;(c)HRTEM图像和分别在纳米纤维的核心部分拍摄的Mn3O4颗粒的SAED模式(插图);(d)Mn3O4 / ACNFs-1的TEM图像和SAED模式(插图);(e)TEM图像和SAED模式(插图) Mn3O4 / ACNFs-2;(f)ACNFs,HACNFs,Mn3O4 / ACNFs-1,Mn3O4 / ACNFs-2和Mn3O4 / HACNFs的XRD图。
图6. Mn3O4 / HACNFs的顺序制造步骤示意图。
图7. ACNFs,HACNFs和Mn3O4 / HACNFs的TGA结果。
图8.(a)ACNFs,HACNFs和Mn3O4 / HACNFs的宽扫描XPS光谱(从底部到顶部); (b)MnOx / HACNFs的Mn 2p光谱,(c)C 1s光谱和(d)O 1s光谱;(e)Mn3O4 / HACNFs在不同蚀刻时间下的XPS光谱;(f)Mn3O4 / HACNFs中锰的原子含量与蚀刻深度的关系。
图9.(a)ACNFs,HACNFs,Mn3O4 / HACNFs,Mn3O4 / ACNFs-1,Mn3O4 / ACNFs-2以及市售ACFs的N2吸附/解吸等温曲线和(b)PSDs。
图10.(a)在20 ℃下获得的ACNFs,HACNFs,Mn3O4 / HACNFs和市售ACFs的甲苯(10 ppm)穿透曲线。(b)不同温度下突破时间的比较。
图11. Mn3O4 / HACNFs吸附甲苯的可重复使用性测试。
图12.空气注入的ACNFs,HACNFs和Mn3O4 / HACNFs的TGA结果。
图13. 在甲苯浓度= 125 ppmv和GHSV = 7500、11250和15000 h-1的条件下,甲苯在(a)Mn3O4 / HACNFs,HACNFs,ACNFs和仅甲苯,(b)Mn3O4 / HACNFs,Mn3O4 / ACNFs-1和Mn3O4 / ACNFs-2中转化为CO2与反应温度的关系。
图14.Mn3O4 / HACNFs对甲苯全部氧化的可重复使用性测试。(a)在交替温度条件下(GHSV = 12500 h-1),随着Mn3O4 / HACNFs的运行时间,再利用循环和(b)向CO2转化的演变。